Nowe badania komety 67P wskazują, że znajdująca się w niej woda może być podobna do ziemskiej, co zaprzecza wcześniejszym ustaleniom misji Rosetta, która wykazała wysoki poziom deuteru.
Sugeruje to, że komety mogły odegrać rolę w dostarczaniu wody na Ziemię, ponieważ wpływ pyłu w poprzednich pomiarach mógł wypaczyć wyniki.
Pochodzenie wody ziemskiej
Naukowcy odkryli, że woda na komecie 67P/Churyumov-Gerasimenko ma taki sam podpis molekularny jak woda w ziemskich oceanach. Odkrycie to podważa najnowsze badania i ponownie wzmaga teorię, że komety z rodziny Jowisza, takie jak 67P, mogły odgrywać rolę w dostarczaniu wody na Ziemię.
Woda zawsze miała kluczowe znaczenie dla życia na Ziemi, zarówno podczas jego powstawania, jak i jego ciągłego istnienia. Chociaż część wody prawdopodobnie utworzyła się w obłoku gazu i pyłu, który dał początek naszej planecie 4,6 miliarda lat temu, większość z niej wyparowała z powodu intensywnego ciepła słonecznego w pierwszych dniach istnienia Ziemi. To, w jaki sposób na Ziemi pojawiła się taka obfitość ciekłej wody, od dawna jest przedmiotem debaty naukowej.
Rola komet i asteroid
Badania sugerują, że część wody na Ziemi powstała w wyniku aktywności wulkanicznej, podczas której para wodna uwolniona podczas erupcji skropliła się i spadła w postaci deszczu, wypełniając oceany. Jednakże dowody wskazują również na to, że znaczna część wody na Ziemi pochodzi z lodu i minerałów przenoszonych przez asteroidy i prawdopodobnie komety, które uderzyły w planetę. Około 4 miliardy lat temu okres częstych zderzeń asteroid i komet z planetami wewnętrznymi Układu Słonecznego mógł znacząco przyczynić się do zaopatrzenia Ziemi w wodę.
Chociaż argumenty łączące wodę asteroidową z ziemską są mocne, rola komet jest dla naukowców zagadką. Kilka pomiarów komet z rodziny Jowisza, które zawierają prymitywną materię z wczesnego Układu Słonecznego i uważa się, że powstały poza orbitą[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>Saturn — showed a strong link between their water and Earth’s. This link was based on a key molecular signature scientists use to trace the origin of water across the solar system.
Investigating Deuterium Ratios
This signature is the ratio of deuterium (D) to regular hydrogen (H) in the water of any object, and it gives scientists clues about where that object formed. Deuterium is a rare, heavier type — or isotope — of hydrogen. When compared to Earth’s water, this hydrogen ratio in comets and asteroids can reveal whether there’s a connection.
Because water with deuterium is more likely to form in cold environments, there’s a higher concentration of the isotope on objects that formed far from the Sun, such as comets, than in objects that formed closer to the Sun, like asteroids.
Reevaluation of Comet Water Contributions
Measurements within the last couple of decades of deuterium in the water vapor of several other Jupiter-family comets showed similar levels to Earth’s water.
“It was really starting to look like these comets played a major role in delivering water to Earth,” said Kathleen Mandt, planetary scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Mandt led the research, published in Science Advances on November 13, that revises the abundance of deuterium in 67P.
New Insights from Rosetta’s Findings
But in 2014, ESA’s (European Space Agency) Rosetta mission to 67P challenged the idea that Jupiter-family comets helped fill Earth’s water reservoir. Scientists who analyzed Rosetta’s water measurements found the highest concentration of deuterium
of any comet, and about three times more deuterium than there is in Earth’s oceans, which have about 1 deuterium atom for every 6,420 hydrogen atoms.
“It was a big surprise and it made us rethink everything,” Mandt said.
Mandt’s team decided to use an advanced statistical-computation technique to automate the laborious process of isolating deuterium-rich water in more than 16,000 Rosetta measurements. Rosetta made these measurements in the “coma” of gas and dust surrounding 67P. Mandt’s team, which included Rosetta scientists, was the first to analyze all of the European mission’s water measurements spanning the entire mission.
Z czego zbudowane są komety? To jedno z pytań, na które ma nadzieję odpowiedzieć misja Rosetty do komety 67P/Churyumov-Gerasimenko. Źródło: Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA
Implikacje i przyszłe badania
Naukowcy chcieli zrozumieć, jakie procesy fizyczne powodują zmienność stosunków izotopów wodoru mierzonych na kometach. Badania laboratoryjne i obserwacje komet wykazały, że pył kometarny może wpływać na odczyty stosunku wodoru wykrywane przez naukowców w oparach komety, co może zmienić naszą wiedzę na temat tego, skąd pochodzi woda z komety i jak wypada w porównaniu z wodą ziemską.
„Byłem więc po prostu ciekawy, czy uda nam się znaleźć dowody na to, że dzieje się to w 67P” – powiedział Mandt. „I to tylko jeden z tych bardzo rzadkich przypadków, w których stawiasz hipotezę i faktycznie stwierdzasz, że to się dzieje”.
Rzeczywiście zespół Mandta znalazł wyraźny związek między pomiarami deuteru w komie 67P a ilością pyłu wokół statku kosmicznego Rosetta, co pokazuje, że pomiary wykonane w pobliżu statku kosmicznego w niektórych częściach komy mogą nie być reprezentatywne dla składu komety ciało.
Gdy kometa porusza się po swojej orbicie bliżej Słońca, jej powierzchnia nagrzewa się, powodując uwolnienie gazu z powierzchni, w tym pyłu z kawałkami wodnego lodu. Badania sugerują, że woda zawierająca deuter przykleja się do ziaren kurzu łatwiej niż zwykła woda. Kiedy lód na ziarnach pyłu zostanie uwolniony do śpiączki, efekt ten może sprawić, że kometa będzie wyglądać na zawierającą więcej deuteru niż w rzeczywistości.
Mandt i jej zespół poinformowali, że zanim pył dotrze do zewnętrznej części komy, znajdującej się w odległości co najmniej 120 km od ciała komety, jest już suchy. Po zniknięciu wody bogatej w deuter statek kosmiczny może dokładnie zmierzyć ilość deuteru wydobywającego się z ciała komety.
Odkrycie to, jak twierdzą autorzy artykułu, ma duże implikacje nie tylko dla zrozumienia roli komet w dostarczaniu wody na Ziemię, ale także dla zrozumienia obserwacji komet, które dostarczają wglądu w powstawanie wczesnego Układu Słonecznego.
„Oznacza to, że istnieje świetna okazja, aby ponownie przyjrzeć się naszym przeszłym obserwacjom i przygotować się na przyszłe, abyśmy mogli lepiej uwzględnić wpływ pyłu” – powiedział Mandt.
Odniesienie: „Prawie ziemski D/H dla komety 67P/Churyumov-Gerasimenko” autorstwa Kathleen E. Mandt, Jacob Lustig-Yaeger, Adrienn Luspay-Kuti, Peter Wurz, Dennis Bodewits, Stephen A. Fuselier, Olivier Mousis, Steven M. Petrinec i Karlheinz J. Trattner, 13 listopada 2024, Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adp2191
